CN107297084A - 一种雾化塔板和雾化塔板精馏塔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种雾化塔板和雾化塔板精馏塔，一种雾化塔板，包括：至少一塔盘；至少一液相雾化装置；所述塔盘上均匀设有孔；所述液相雾化装置穿过塔盘上的孔并可拆卸的安装在塔盘上；所述液相雾化装置包括依次连接的圆台形入口段、圆柱形喉管和喇叭形出口段，所述圆柱形喉管上开设均布的液相喷射孔。液相穿过本发明的液相喷射孔时，被圆柱形喉管中的气相切割为细小的液体颗粒，液体颗粒和气相在喇叭形出口段进一步混合。板式塔中气泡直径通常是几毫米～几十毫米，而本发明中，液滴直径通常只有几微米，这样的设计使得气液两相间的接触面积极大增大，从而气液相间痕量物质的传递效率得到极大提高。
Description
技术领域
本发明公开了一种雾化塔板和雾化塔板精馏塔，属于化工精馏领域。
背景技术
各种液体混合物中，除主要组份外,往往还有微量物质存在,其数量仅为ppm级,如环氧乙烷中含有微量的乙醛,酒精中含有微量的醛、醋、甲醇等。有些产品的质量要求更高，如多晶硅生产的原料三氯氢硅要达到ppb级，这些都涉及到从混合物中分离微量(痕量)组份的问题。
精馏塔是物料分离的常用设备，主要可以分为两类：板式塔和填料塔。相比于填料塔，板式塔具有处理能力大，阻力能耗低，抗堵性能优异，造价低廉等优点。塔板是板式塔的核心构件，是气(汽)液或液液两相传质的主要场所，目前，塔板的主要形式有泡罩塔板、筛板、浮阀塔板和斜孔塔板等。
不论是用填料塔还是板式塔，对痕量物质进行分离的效率，必须尽可能提高气液间的接触概率和时间。
专利申请号CN97235168.X公开了由若干装有填料的塔节组成的2～5个精馏塔串联而成处理难分离物系精馏装置。工业生产过程中，对板式塔，也主要采用精馏塔串联、增加塔板数分离痕量物质，如为得到高纯三氯氢硅，通常需要5～7个精馏塔，每个精馏塔的塔板数都在60左右，甚至更多。这些方法不可避免导致设备建设成本高、操作费用大等问题。
专利201521107453.0公开了一种利用微气泡塔盘破除塔板上的大气泡，增大气液间的接触面积，从而提高难分离物系痕量精密精馏的塔板效率的方法。该塔板通过一层筛网实现气泡的破碎，但是筛网对液层中气泡的分割作用有限，难以获得很高的传质效率，更难以实现对痕量物质的分离。
专利201202354778.9公开了将精馏釜塔顶产物冷凝后，重新利用加压泵进行加压，再通过雾化喷射头对混合物料进行降压雾化，达到分离沸点相差很大的杂质组分。由于采用传统的精馏塔，这种方法任然存在设备建设成本高，操作费用高的问题，而且需要重新加压雾化，从而进一步增加了操作费用。
因此，要设计高效、低成本、低能耗，对痕量物质进行分离的精馏塔盘和精馏塔，仍然是现阶段本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效、低成本、低能耗，对痕量物质进行分离的精馏塔塔盘和精馏塔。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种雾化塔板，包括：至少一塔盘1；至少一液相雾化装置2；所述塔盘1上均匀设有孔；所述液相雾化装置2穿过塔盘1上的孔并可拆卸的安装在塔盘1上；所述液相雾化装置2包括依次连接的圆台形入口段3、圆柱形喉管4和喇叭形出口段5，所述圆柱形喉管4上开设均布的液相喷射孔。
现有技术中，不论是板式塔还是填料塔，气液相间的传质效率有限。板式塔中，气相以气泡的形式穿过液层从而实现气液间的传质，气泡直径通常较大，而且由于气泡间的聚并等原因，气泡直径会进一步增大，且不均匀，导致板式塔的传质效率有限，要提高对痕量物质的分离效果，通常的做法是增加塔板数量。填料塔中，液膜层与上式气体间以面的形式接触，传质效率也有限，要提高对痕量物质的分离效果，需要增加填料高度和填料塔数量。
与现有技术相比，液相穿过本发明的液相喷射孔时，被圆柱形喉管中的气相切割为细小的液体颗粒，液体颗粒和气相在喇叭形出口段进一步混合。板式塔中气泡直径通常是几毫米～几十毫米，而本发明中，液滴直径通常只有几微米，这样的设计使得气液两相间的接触面积极大增大，从而气液相间痕量物质的传递效率得到极大提高。
优选地，所述圆柱形喉管4穿过塔盘1与喇叭形出口5连接，液相喷射孔设置在圆柱形喉管4底部临近塔盘1处。
优选地，所述塔盘1上孔的直径为1cm-6cm，开孔率大于等于1％且小于20％。
优选地，所述液相喷射孔孔径为3mm-10mm，开孔率大于等于15％且小于60％。
优选地，所述圆柱形喉管4上液相喷射孔的方位与所述圆台形入口3的中心线呈5°-20°的倾斜角。
优选地，所述圆台形入口段3与所述圆柱形喉管4一体成型，所述圆柱形喉管4与所述喇叭形出口段5螺纹连接，所述圆柱形喉管4与所述塔盘1弹簧连接。
优选地，所述液相雾化装置的数量为6-40个。
第二方面，本发明还提供了一种雾化塔板精馏塔，从上到下包括提馏段和精馏段，包括上述雾化塔板，还包括精馏塔塔体12、设置在精馏塔塔体一侧的进料口13、分别设置在精馏塔提馏段和精馏段的气液分离器，以及冷凝器11；所述进料口13和精馏段气液分离器8设在精馏段雾化塔板7上方；所述精馏段气液分离器8设在所述提馏段雾化塔板9下方；所述提馏段气液分离器10设在所述提馏段雾化塔板9上方；所述提馏段气液分离器10通过出液管与冷凝器11连接。
与现有技术相比，本发明中的塔盘采用喷雾结构，将液相切割成直径为微米数量级的液体颗粒，这样的设计使得气液两相间的接触面积极大增大，从而气液相间痕量物质的传递效率得到极大提高。并且有效地增大混合物的湍流强度，使混合物充分混合，进而提高了气液相间的传质换热速率和效率。本发明中的精馏塔结构简单，设备建造费用少，分离效率高，特别是对痕量物质高效分离。
优选地，所述雾化塔板的安装数目为1-3个，所述雾化塔板上方设有视镜和回液口。
优选地，所述冷凝器11的下方及提馏段气液分离器10均设有与精馏塔塔体回液口连接的回流管。
优选地，所述精馏段气液分离器8设有与精馏塔塔底液槽连接的回流管，所述精馏段气液分离器8通过再沸器6后再通过回流罐连接精馏塔塔底液槽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施提供的雾化塔板的三维结构示意图
图2为本发明实施例提供的雾化塔板的主视图
图3为本发明实施例提供的雾化塔板的俯视图
图4为本发明实施例提供的雾化塔板塔的结构示意图
1、塔盘；2、液相雾化装置；3、圆台形入口；4、圆柱形喉管；5、喇叭形出口；6、再沸器；7、精馏段雾化塔板；8、精馏段气液分离器；9、提馏段雾化塔板；10、提馏段气液分离器；11、冷凝器。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
下面将参照图1、图2、图3和图4，对本发明实施例提供的雾化塔板作详细说明。
本发明第一方面的实施例提供了一种雾化塔板，包括：塔盘1；塔盘1上均匀设有孔，孔的直径为1cm-6cm，开孔率大于等于1％且小于20％；塔盘1可以采用矩形均匀布孔，也可以采用正三角形均匀布孔，孔径为1cm-6cm，具体可以为1cm、1.5cm、2cm、2.5cm、3cm、3.5cm、4cm、4.5cm、5cm、5.5cm、6cm，开孔率大于等于1％且小于20％，具体可以为1％、5％、8％、12％、18％、20％。
塔盘1的开孔位置安装液相雾化装置2；液相雾化装置2由一个带圆形断面的圆台形入口3，一个圆柱形喉管4和一个喇叭形出口5组成；进一步地，在圆柱形喉管4上开设均布的液相喷射孔；液相喷射孔在圆柱形喉管4上均匀分布，孔径为3mm-10mm，具体可以为：3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm，开孔率大于等于15％且小于60％，具体可以为15％、20％、30％、40％、50％、60％。
进一步地，液相喷射孔的方位与圆台形入口3的方向成5°-20°的倾斜角，具体可以为：5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°、20°。
采用本发明提供的一种塔板，称之为雾化塔板，雾化塔板上均匀设有孔，孔的直径为1cm-6cm，开孔率大于等于1％且小于20％，并在所述开孔位置安装液相雾化装置。当液相穿过液相喷射孔时，被圆柱形喉管中的气相切割为细小的液体颗粒，液体颗粒和气相在喇叭形出口段进一步混合，这样的设计使得气液两相间的接触面积增大，并能够有效的增强气液混合程度，从而达到强化传质及传热目的。
精馏塔塔板的型式，直接决定了塔器的精馏效率，合理的结构能有效降低塔板阻力，扩大精馏塔的传质面积、传质系数和传质效率。从而减少制造成本，降低能耗的目的。
本发明实施例提供的一种雾化塔板塔内件，提高了混合物中气液相的接触面积；有效地增大混合物的湍流强度，使混合物充分混合，进而提高了气液相间的传质换热速率和效率。
本发明实施例提供的一种雾化塔板传质效率高，与其他类型塔板相比，在达到相同传质效果的前提下，能够极大减少塔板的安装数量。特别是对痕量物质高效分离，本发明实施例提供的一种雾化塔板能极大减少塔板的安装数量，减低设备制造成本。
以三氯氢硅精馏为例，采用常规板式塔需要近百块塔板，塔高60-70m。采用本发明实施例提供的一种雾化塔板只需要1-3块塔板，塔高仅为3-10m。
需要说明的是，雾化塔板的液相雾化装置2与塔盘1间弹簧连接。弹簧连接的优势在于避免了螺纹连接、夹紧、粘贴等其他的连接方法，这些弹簧连接结构可以直接采用商业产品，不需要特别设计，而且也不需要额外把它们连接起来。
需要说明的是，液相雾化装置2中圆台形入口3与圆柱形喉管4一体成型，并组成液相雾化装置2的下部分；
进一步地，液相雾化装置2的下部分与上部分喇叭形出口5可拆卸的连接，具体地，液相雾化装置2的下部分与喇叭形出口5螺纹连接。圆柱形喉管4外壁上开有内螺纹，喇叭形出口5内壁上开有外螺纹；或者，圆柱形喉管4内壁上开有外螺纹，喇叭形出口5上开有内螺纹。
因此，雾化塔板中的各个构件间可以达到重复安装和拆卸而不损伤零件。
本发明第二方面的实施例提供了一种雾化塔板塔，包括上述任一项实施例中的雾化塔板。
本发明第二方面的实施例提供的旋流筛板塔设置有本发明第一方面的实施例提供的立体旋流筛板，从而具有本发明第一方面的实施例提供的立体旋流筛板所具有的一切有益效果。
如附图1所示，所述精馏塔的气液分离装置，包括精馏塔塔体、进料口、雾化塔板、气液分离器和冷凝器。所述进料口13设在所述雾化塔板7上方位置；所述气液分离器8设在所述雾化塔板7上方；所述气液分离器8设在所述雾化塔板9下方；所述气液分离器10设在所述雾化塔板9上方；所述气液分离器10还通过出液管与冷凝器11连接。
进一步地，所述雾化塔板7和所述雾化塔板9的安装数目都可为1-3个，具体数目可以为1个、2个和3个。
进一步地，所述雾化塔板7和所述雾化塔板9上方设有视镜和回液口。
进一步地，以上所述冷凝器11的下方还设有与精馏塔塔体的回液口连接的回流管。
进一步地，以上所述气液分离器10设有与精馏塔塔体的回液口连接的回流管。
进一步地，以上所述气液分离器8设有与精馏塔塔底液槽连接的回流管。
进一步地，所述精馏塔塔体的中段设有进料口。
以三氯氢硅精制为例，在精馏塔内安装若干雾化塔板，气相自下而上从雾化塔板中穿过。液相从液相喷射孔从喷射进入雾化塔板，并在气相的作用下，被剪切成微小液滴。气相和微小液滴在喇叭形出口中并流、混合。雾化塔板能够显著强化气液相间的接触与混合，实现高效的传质过程。
利用专利CN97235168.X公开的由若干装有填料的塔节组成的2～5个精馏塔串联而成处理难分离物系精馏装置，对难分离物质的分离效率高于99％。利用本发明的喷雾精馏塔，只需两块喷雾塔板，可实现对难分离物质达到99.99％的分离效率。
本发明中的精馏塔结构简单，设备建造费用少，分离效率高，特别是对痕量物质高效分离。
Claims (10)
1.一种雾化塔板，包括：
至少一塔盘(1)；
至少一液相雾化装置(2)；
所述塔盘(1)上均匀设有孔；
所述液相雾化装置(2)穿过塔盘(1)上的孔并可拆卸的安装在塔盘(1)上；
所述液相雾化装置(2)包括依次连接的圆台形入口段(3)、圆柱形喉管(4)和喇叭形出口段(5)，所述圆柱形喉管(4)上开设均布的液相喷射孔。
2.根据权利要求1所述的雾化塔板，其特征在于，所述圆柱形喉管(4)穿过塔盘(1)与喇叭形出口(5)连接，液相喷射孔设置在圆柱形喉管(4)底部临近塔盘(1)处。
3.根据权利要求1所述的雾化塔板，其特征在于，所述塔盘(1)上孔的直径为1cm-6cm，开孔率大于等于1％且小于20％。
4.根据权利要求1所述的雾化塔板，其特征在于，所述液相喷射孔孔径为3mm-10mm，开孔率大于等于15％且小于60％。
5.根据权利要求1所述的雾化塔板，其特征在于，所述圆柱形喉管(4)上液相喷射孔的方位与所述圆台形入口(3)的中心线呈5°-20°的倾斜角。
6.根据权利要求1所述的雾化塔板，其特征在于，所述圆台形入口段(3)与所述圆柱形喉管(4)一体成型，所述圆柱形喉管(4)与所述喇叭形出口段(5)螺纹连接，所述圆柱形喉管(4)与所述塔盘(1)弹簧连接。
7.一种雾化塔板精馏塔，从上到下包括提馏段和精馏段，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的雾化塔板，还包括精馏塔塔体(12)、设置在精馏塔塔体一侧的进料口(13)、分别设置在精馏塔提馏段和精馏段的气液分离器，以及冷凝器(11)；所述进料口(13)和精馏段气液分离器(8)设在精馏段雾化塔板(7)上方；所述精馏段气液分离器(8)设在所述提馏段雾化塔板(9)下方；所述提馏段气液分离器(10)设在所述提馏段雾化塔板(9)上方；所述提馏段气液分离器(10)通过出液管与冷凝器(11)连接。
8.根据权利要求7所述的雾化塔板精馏塔，其特征在于，所述雾化塔板的安装数目为1-3个，所述雾化塔板上方设有视镜和回液口。
9.根据权利要求7所述的雾化塔板精馏塔，其特征在于，所述冷凝器(11)的下方及提馏段气液分离器(10)均设有与精馏塔塔体回液口连接的回流管。
10.根据权利要求7所述的雾化塔板精馏塔，其特征在于，所述精馏段气液分离器(8)设有与精馏塔塔底液槽连接的回流管，所述精馏段气液分离器(8)通过再沸器(6)后再通过回流罐连接精馏塔塔底液槽。
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